李 旭 濮 瑞 謝懷緣

(①中國石油川慶鉆探工程有限公司地質勘探開發(fā)研究院;②中國石油川慶鉆探工程有限公司厄瓜多爾分公司；③中國石油長慶油田分公司第四采油廠)

0 引 言

蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地蘇里格廟地區(qū)，構造位置位于伊陜斜坡帶西北部，有利勘探面積約5.5×104km2， 天然氣資源量約6.0×104m3，已建產能230×108m3/a，為國內最大的整裝天然氣田[1]。在蘇里格氣田滾動開發(fā)區(qū)，以“排式”井網滾動部署“直叢井”為主要開發(fā)模式，其鉆井數(shù)量多，單井設計費用低，時效要求高。在這種情況下，地質設計單位出于成本考慮無法投入過多人員,同時，較高的時效要求可令單日設計量高達5～10口井。因此，設計單位必須做到“低成本、高效率”才能滿足快節(jié)奏的生產需求和項目成本控制要求。前人對鉆井地質設計的研究方向主要集中在水平井地質優(yōu)化設計，或針對某地質條件、某設計環(huán)節(jié)的研究[3-9]，而對如何實現(xiàn)低成本、高效率的設計方法研究較少。本文以“降本增效”為目的，針對蘇里格氣田滾動開發(fā)區(qū)的地質特征及開發(fā)模式，采用“便捷、適用”的技術方法優(yōu)化設計工作流程，形成了一整套適用于該氣田滾動開發(fā)井的地質設計方法，為實現(xiàn)高效設計提供一定的經驗借鑒。

1 鉆井地質設計模板及區(qū)塊數(shù)據(jù)庫

地質設計技術流程如圖1所示，其主要技術環(huán)節(jié)包括：承接設計任務書并提取設計井位要求、在區(qū)塊數(shù)據(jù)庫中查找參考井資料、設計關鍵參數(shù)、將關鍵參數(shù)寫入地質設計模板，從而完成鉆井地質設計。其中的地質設計模板和區(qū)塊數(shù)據(jù)庫是高效設計方法中的兩項重要內容，針對區(qū)塊特征訂制地質設計模板可以節(jié)約大量設計編寫時間，簡潔、合理的數(shù)據(jù)庫亦可提高數(shù)據(jù)查找的便捷性，提高工作效率。

圖1 高效地質設計技術流程

1.1 制定鉆井地質設計模板

在某區(qū)塊范圍內，除少量有特殊要求的井外，滾動開發(fā)井的地質、工程設計要求大體一致，甚至地質特征類似的多個區(qū)塊可共享同一設計模板。不同類型井的地質設計內容存在差異，根據(jù)井型、完鉆層位、地質要求，可將設計模板分為“上古直井”“上古斜井”“下古直井”“下古斜井”“取心井”五種類型。在完成設計模板后，可依據(jù)設計井的類型直接選取相應的模板，既節(jié)省了設計編寫時間，又減少了錯誤發(fā)生率。

制定設計模板時，需以石油天然氣行業(yè)現(xiàn)行地質設計規(guī)范為框架，根據(jù)區(qū)塊地質特征和常規(guī)鉆井作業(yè)方式訂制模板內容，主要包括區(qū)塊構造概況、儲層特征、氣藏特征、標準地層剖面、井身結構、鉆井液性能參數(shù)、資料錄取規(guī)范、HSE管理要求等。其內容的編制應滿足以下五個方面的要求：

一是科學、客觀地反映區(qū)塊地質背景、地層特征和氣藏特征等，突出重點，切忌冗長繁雜；二是制作標準地層剖面時，應選擇能反映區(qū)塊地層特征的典型井，剖面內容需包含地層時代、厚度、巖性剖面、主要沉積相、巖性描述等；三是詳細描述所鉆遇地層的巖性特征，預測地層壓力，提示地層垮塌、出水、卡鉆、漏失、井噴等工程風險，為鉆井工程設計提供依據(jù)；四是根據(jù)設計井類別及井位論證報告，提出錄井、測井、取心、分析化驗等資料錄取要求，以滿足評價和生產需要；五是根據(jù)國家、地方安全環(huán)保相關法律、法規(guī)，以及行業(yè)HSE標準、規(guī)范，提出HSE管理要求，有針對性地提示地質風險、有害氣體類型，并明確井控風險等級。

1.2 優(yōu)化區(qū)塊數(shù)據(jù)庫

各個區(qū)塊的數(shù)據(jù)資料，經歷多年的積累和調整后，不僅文件數(shù)量巨大、類型多樣，且文檔目錄復雜、內容格式各異，常常讓設計人員在數(shù)據(jù)搜索、甄選、格式調整上消耗大量的時間和精力。優(yōu)化后的數(shù)據(jù)庫對資料進行了整理、篩選，剔除了無關、無用信息，統(tǒng)一了文件格式，簡化了目錄結構。

在優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫中(表1)，以區(qū)塊為單位建立一級目錄文件夾，各區(qū)塊目錄下建立包括分層數(shù)據(jù)庫(Excel)、

表1 數(shù)據(jù)庫內容

單井數(shù)據(jù)庫(Excel)、圖件庫(專業(yè)制圖軟件)的二級目錄?？紤]滾動開發(fā)區(qū)常以“排式”井網部井，因此分層數(shù)據(jù)庫中以“井號”排序，每個工作表顯示一排井的分層數(shù)據(jù)，單井數(shù)據(jù)庫中則每個工作表集中顯示一口井的全部數(shù)據(jù)資料(圖2)。

同時，數(shù)據(jù)庫每隔3～6個月更新一次，可確保數(shù)據(jù)最新、最準。

優(yōu)化后的數(shù)據(jù)庫可在快速查詢目標井的同時，還便于查看臨近井資料，結構和內容一目了然，使原本復雜繁瑣的數(shù)據(jù)查找工作變得簡單、高效。

圖2 優(yōu)化后的數(shù)據(jù)庫結構

2 關鍵參數(shù)設計

在接到設計任務書后，需要根據(jù)井位要求設計具體內容，主要包括井位基本信息、地質要求、井場環(huán)境信息、地層分層預測、儲層深度預測、地層孔隙壓力預測、測井和錄井要求等。其中，地層分層預測、儲層深度預測、地層孔隙壓力預測是三個關鍵環(huán)節(jié)。

2.1 地層分層預測

蘇里格氣田位于寬緩的單斜構造上，整體呈現(xiàn)東高西低、北高南低的構造格局，坡降3～5 m/km，石炭紀-二疊紀地層沉積穩(wěn)定，走向平緩，構造變形微弱[10]，最適合采用經典的“地層對比法”進行地層分層預測。在所鉆遇地層中，上古生界二疊系石千峰組底是地質錄井的起點，石盒子組、山西組是氣田的主要含氣地層。因此，需要詳細了解上古生界地層特征才能做好地層分層預測(表2)。

表2 鄂爾多斯盆地上古生界地層特征

在設計分層時，首先在“分層數(shù)據(jù)庫”中篩選8～10口參考井來制作地層對比剖面。選擇參考井時，以有效控制設計井井位為前提，同時兼顧“普遍性”和“特殊性”，既要符合整體地層特征，又要兼顧特殊井的地層變化影響。然后，結合井區(qū)構造趨勢，主要參考北北東-北東東向剖面，次要參考其他方向剖面，綜合預測石千峰組、石盒子組、山西組的層底海拔和各層位地層厚度。最后，以補心海拔面為基準面計算各層層底深度，從而完成全井的地層分層預測。

2.2 儲層深度預測

由湖泊-三角洲相沉積形成的石盒子組盒8段、山西組山1段中-粗砂巖儲層是蘇里格氣田的主要產層，部分地區(qū)同時發(fā)育山2段砂巖儲層[11]。盒8段砂體發(fā)育在石盒子組底部，山1段、山2段砂體以山西組煤層或碳質泥巖為界分別發(fā)育在山1段和山2段內。

在預測儲層深度時，首先根據(jù)井區(qū)情況，在數(shù)據(jù)庫中選擇2～3口與設計井距離最近且最能反映儲層發(fā)育特征的參考井來控制設計井井位;然后以“就近原則”選擇參照面，對比參考井的儲層厚度和深度，推算設計井的儲層厚度及深度。在預測盒8段和山1段儲層時常以盒8段底作參照面(圖3)。設“參考井1”盒8段儲層厚度為A，“參考井2”盒8段儲層厚度為B，由此預測“設計井”盒8段儲層厚度為X，則計算可得“設計井”盒8段儲層深度為“盒8段底界深度-X”。設“參考井1”山1段儲層與盒8段底距離為a，“參考井2”山1段儲層與盒8段底距離為b，預測可得“設計井”山1段儲層與盒8段底距離為x，則計算可得山1段儲層深度為“盒8段底界深度+x”。

圖3 儲層砂體深度預測示意

2.3 地層孔隙壓力預測

地層壓力通常指地層孔隙壓力、地層破裂壓力、地層坍塌壓力，即地層 “三壓力”。做好地層壓力預測對儲層保護、井身結構設計、預防工程復雜、保證施工安全具有重要意義[12]。地層破裂壓力和地層坍塌壓力一般由工程現(xiàn)場試驗獲得，地質設計中可列舉區(qū)塊內已有數(shù)據(jù)作為參考。地層孔隙壓力因受井區(qū)內已鉆井影響較大，需要針對具體井位做詳細預測。鉆前地層孔隙壓力預測方法較多，包括利用地震資料預測、測井資料計算、鉆井資料預測、壓力計實測等方法[13-18]。

在井區(qū)范圍內，盒8段、山1段氣藏連通性較好(圖4)，同時滾動開發(fā)井區(qū)已鉆井較多，對地層孔隙壓力影響較大，因此參考井區(qū)內實測壓力數(shù)據(jù)預測設計井地層孔隙壓力較為準確、便捷。

在明確氣藏分布特征后，通過“單井數(shù)據(jù)庫”快速查找距離最近、時間最新的實測數(shù)據(jù)，結合臨近生產井、注水井的生產作業(yè)情況對比預測設計井地層孔隙壓力系數(shù)。如遇參考井的壓力較其他井差異較大又無法明確氣藏連通性的情況，應在滿足鉆井安全、儲層保護要求的前提下設計地層壓力系數(shù)。當井區(qū)內實測壓力數(shù)據(jù)較少或較陳舊而無法滿足參考要求時，則需結合臨近已鉆井的鉆井液使用情況、錄井顯示情況進行綜合判斷。經前人研究，蘇里格氣田盒8段地層壓力系數(shù)總體為0.62～0.9[1，19]。

圖4 蘇里格氣田T 7區(qū)塊16-3井區(qū)氣藏剖面

3 時效分析及應用展望

對比常規(guī)鉆井地質設計方法，此高效設計方法可在成圖、數(shù)據(jù)查找、設計編寫等環(huán)節(jié)節(jié)約大量時間。經實際應用統(tǒng)計，常規(guī)設計方法平均單井耗時約160 min，而高效設計方法平均單井耗時約65 min，單井設計時間平均縮短約95 min。如圖5所示，通過圖件庫導出“三壓力”剖面和地震剖面時，耗時由20 min降至5 min，可節(jié)省15 min；經分層數(shù)據(jù)庫制作地層對比剖面時，耗時由40 min降至10 min，可節(jié)省30 min；通過單井數(shù)據(jù)庫查找鄰井資料時，耗時由30 min降至5 min，可節(jié)省25 min；通過地質設計模板編寫鉆井地質設計時，耗時由40 min降至15 min，可節(jié)省25 min。

圖5 地質設計時效分析

此方法自2011年應用至今，完成了蘇里格氣田多個區(qū)塊，乃至靖邊氣田、隴東新區(qū)共7000多口開發(fā)井、評價井的鉆井地質設計，設計團隊動態(tài)配置1～2人，整體設計誤差符合要求，不僅滿足了快節(jié)奏的生產需要，同時創(chuàng)造了可觀的經濟效益。

目前，此方法主要基于人工完成設計，如果采用軟件編程來實現(xiàn)，利用計算機高速計算的優(yōu)勢，設計效率可進一步提高，主要體現(xiàn)在以下三個方面[20]：一是優(yōu)化數(shù)據(jù)庫容量和數(shù)據(jù)種類，豐富數(shù)據(jù)信息，信息更全面、更準確；二是在關鍵參數(shù)設計中，可采用多種方法自動完成地層分層、儲層深度、地層壓力等關鍵參數(shù)的預測，進一步提高參數(shù)設計的準確性；三是自動生成井位圖、“三壓力”剖面圖、地震剖面圖、鉆井地質設計等系列圖件及報告，從而節(jié)約大量設計編寫時間，并減少文字錯誤發(fā)生率。

4 結 論

高效地質設計方法針對蘇里格氣田地質特征及開發(fā)模式，以設計模板和優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫為核心，利用便捷、適用的技術手段解決關鍵參數(shù)的設計問題，設計工作效率高，質量可靠。同時，方法簡單易學，節(jié)約了“學習曲線”所需時間，便于設計團隊人員動態(tài)調整和項目管理。在蘇里格氣田多個滾動開發(fā)區(qū)塊的多年應用中，實現(xiàn)了“低成本、高效率”目的，從經濟性和技術性方面均取得了滿意的效果。此外，可采用軟件編程實現(xiàn)自動化設計，從而進一步提高設計效率和準確性，具有良好的發(fā)展前景。